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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug und einem Ultraschallsensor, welcher in dem Stoßfänger angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen Anordnung.
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Ultraschallsensoren sind bei Kraftfahrzeugen in Stoßfängern verbaut, um die Fahrzeugumgebung zu detektieren. Die durch die Ultraschallsensoren gewonnenen Informationen können einer Fahrerassistenzeinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
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Bei allgegenwärtig bekannten Anordnungen ist der Einbau eines Ultraschallsensors dahingehend, dass bei Betrachtung des Stoßfängers die Ultraschallsensoren quasi freiliegend angeordnet sind und in ihrer Kontur eindeutig erkennbar sind. Bei allen bekannten Systemen entstehen mindestens zwei sichtbare Übergänge, wobei ein Übergang von dem bisher bei Ultraschallsensoren erforderlichen Schwingungsentkopplungsring auf den Stoßfänger erfolgt und der zweite sichtbare Übergang zwischen dem Schwingungsentkopplungsring und der Membran des Ultraschallsensors gegeben ist.
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In 1 ist eine derartige Draufsicht auf einen Stoßfänger 20 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. In dem Stoßfänger 20 ist eine Aussparung 21 angeordnet, in der ein Ultraschallsensor 1 gemäß dem Stand der Technik angeordnet ist. Bei der gezeigten Draufsicht sind die Membran 4 und der Schwingungsentkopplungsring 8 zu erkennen.
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In 2 ist in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie II-II die Ausgestaltung gemäß 1 dargestellt. Auf der Außenseite des Stoßfängers 20 und auch auf der Außenseite der Membran 4 ist eine Farblackierung 22 aufgebracht. Nachteilig bei derartigen Ausgestaltungen ist, dass eine zusätzliche Entkopplung in Form des Entkopplungsrings 8 benötigt wird und diese darüber hinaus durch die Ausgestaltung aus Silikon nicht lackiert werden kann. Zusätzlich ist die Lage dieser Entkopplung bei jedem Einbau etwas unterschiedlich, so dass sich dies dahingehend äußert, dass der Entkopplungsring 8 nicht bündig zur Membransichtfläche ist. Es ist darüber hinaus bei dem lose aufgeschobenen Entkopplungsring 8 ein Spalt möglich, in dem sich Wasser sammelt. Dies kann im Winter einfrieren und zu Fehlfunktionen des Ultraschallsensors führen. Darüber hinaus ist das Erfordernis des Entkopplungsrings 8 mit einem zusätzlichen Bauteil und zusätzlichen Montageschritten verbunden. Insbesondere ist darüber hinaus durch diese Ausgestaltung der Anordnung die Montagemöglichkeit im Hinblick auf das Einbringen des Ultraschallsensors in die Aussparung 21 in den Stoßfänger 20 sehr beschränkt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung mit einem Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug in einem Ultraschallsensor zu schaffen, bei der der Verbau des Ultraschallsensors im Stoßfänger verbessert ist. Es ist auch Aufgabe, ein Fahrzeug mit einer derartigen Anordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, und ein Fahrzeug, welches die Merkmale nach Anspruch 14 aufweist, gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug und zumindest einen Ultraschallsensor, welcher in dem Stoßfänger angeordnet ist. Der Ultraschallsensor ist in eine Aussparung des Stoßfängers kraftschlüssig eingebaut. Eine derartige mechanische Verbindung zwischen dem Ultraschallsensor und dem Stoßfänger ist bei den herkömmlich bekannten Ausführungen nicht möglich. Aufgrund des vorhandenen Schwingungsentkopplungsrings bei herkömmlichen Ultraschallsensoren ist eine derartig kraftschlüssige Einbauvariante nicht möglich, da sonst das Funktionsverhalten des Ultraschallsensors nicht mehr gewährleistet ist.
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In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der kraftschlüssige Einbau des Ultraschallsensors in den Stoßfänger dahingehend ausgebildet ist, dass der Ultraschallsensor in die Aussparung eingepresst bzw. verpresst ist. Durch eine derartige Pressverbindung ist ein besonders maßgenaues Einbauen gewährleistet. Es ist dadurch eine Vielzahl von weiteren Vorteilen im Hinblick auf die Ausgestaltung des Stoßfängers und des Ultraschallsensors im Weiteren möglich, was bei bisherigen Ausführungen nicht gewährleistet und nicht möglich ist. So kann in diesem Zusammenhang eine Bauteilreduzierung des Ultraschallsensors erfolgen. Es ist in diesem Zusammenhang insbesondere vorgesehen, den Ultraschallsensor so auszubilden, dass er ohne Einschränkung seiner Funktionalität ohne einen derartigen Schwingungsentkopplungsring ausgebildet ist. Insbesondere ist der Ultraschallsensor an den verpressten Flächen und somit an den direkten Stellen der Pressverbindung mit dem Stoßfänger schwingungsfrei ausgebildet.
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Darüber hinaus ist es durch eine derartige Ausgestaltung, bei der kein Entkopplungsring mehr vorgesehen ist, und darüber hinaus der Ultraschallsensor in den Stoßfänger verpresst ist, auch eine vollständige Lackierung der Frontseite des Ultraschallsensors möglich. Bei einer außenseitigen Betrachtung des Stoßfängers kann somit die in 1 aus dem Stand der Technik bekannte Ansicht vermieden werden. Dass der Stoßfänger Ultraschallsensoren aufweist, kann dann bei Betrachtung des Stoßfängers nicht mehr erkannt werden. Dies verbessert nicht nur den designerischen Aspekt eines Stoßfängers, sondern birgt auch unter anderem die genannten wesentlichen technischen Vorteile.
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Vorzugsweise ist die kraftschlüssige Verbindung zwischen einer Außenseite eines Hohlkörpers der Membran des Ultraschallwandlers und einer die Aussparung begrenzenden Wand des Stoßfängers ausgebildet. Insbesondere ist die Außenseite des Hohlkörpers direkt mit der Wand der Aussparung durch eine Pressverbindung verbunden. In diesem Zusammenhang ist auch wieder die Ausführung ohne einen derartigen Entkoppelring des Ultraschallsensors zu nennen. Eine derartige direkte Verbindung zwischen der Außenseite des Hohlkörpers des Ultraschallwandlers mit dem Stoßfänger ist bei herkömmlichen Ausgestaltungen nicht möglich.
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Ein Ultraschallwandler für eine Fahrerassistenzeinrichtung umfasst eine Membran. Die Membran weist einen Boden aus einem ersten Material auf, und ein mit dem Boden verbundener Hohlkörper aus einem zum ersten unterschiedlichen zweiten Material ist ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung der Membran aus unterschiedlichen Materialien ermöglicht eine verbesserte Entkopplung des Ultraschallwandlers. Indem darüber hinaus ganz spezifische Teile der Membran mit unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, wird dadurch in ganz gezielter Weise die oben genannte Verbesserung gewährleistet.
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Vorzugsweise ist der Boden aus einem metallischen Material, insbesondere Aluminium, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Hohlkörper der Membran aus einem nicht-metallischen Material ausgebildet ist. Durch eine derartige Materialunterschiedlichkeit der spezifischen Bauteile der Membran kann die Mantelschwingung des Ultraschallwandlers deutlich reduziert werden.
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Insbesondere ist der Hohlkörper aus einem Keramikmaterial ausgebildet, wodurch die oben genannte Vorteilhaftigkeit in besonderer Weise erzielt wird.
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Insbesondere ist der Boden der Membran mit dem Hohlkörper der Membran durch Klebestellen verbunden. Dies ermöglicht einerseits eine zuverlässige und einfach herzustellende Verbindung und gewährleistet andererseits, dass die Verbindung auch verschleißarm im Hinblick auf die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialen der Membranbauteile ist. Insbesondere sind die Klebestellen so ausgebildet, dass sie außen liegende Freiflächen haben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hohlkörper des Ultraschallwandlers topfförmig ausgebildet ist und somit insbesondere an einem Ende geschlossen ist. Der Boden der Membran ist in einer derartigen Ausgestaltung an einer Außenseite des geschlossenen Endes des Hohlkörpers angeordnet, insbesondere angeklebt.
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Die beiden aus einem unterschiedlichen Material ausgebildeten Bauteile des Ultraschallwandlers, insbesondere der Membran, sind kraftschlüssig miteinander verbunden.
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Durch das mehrteilige Bauprinzip der Membran bzw. dem Gehäuse ergeben sich mehrere Möglichkeiten, die Senderichtcharakteristik applikationsspezifisch einzustellen. Dies, da bei der Ausgestaltung der gesamten Membran ein Hinterschnitt verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine einfachere Anbindung der Piezokeramik auf den Membranboden gegeben ist, da diese jetzt vor dem eigentlichen Verbinden mit dem Gehäuse stattfinden kann. Dadurch ist es möglich, die Wandstärke des Gehäuses dicker zu gestalten, was in Kombination mit den verwendeten Materialien, insbesondere Metall einerseits und Keramik andererseits, zu einer Reduzierung der Amplitudenschwingung führt. Dies führt zu einem deutlich verbesserten Verhältnis der Schwingungsamplitude der Membran zur Wand.
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Darüber hinaus ist es durch die Ausgestaltung der Membran gewährleistet, dass die Wandung gleichzeitig als Gehäuse ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hohlkörper einen Stecker aufweist, der vorzugsweise integriert in den Hohlkörper ausgebildet ist. Insbesondere ist dieser Stecker bzw. dessen Gehäuse aus Kunststoff gefertigt.
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Vorzugsweise ist die Umfangswand mit dem Gehäuse des Ultraschallwandlers einteilig aus Keramik ausgebildet. Aufgrund der hohen Steifigkeit des Keramikmaterials ist kein zusätzlich separates Entkopplungselement in Form des Schwingungsentkopplungsrings zwischen der Umfangswand und dem Wandlergehäuse erforderlich.
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Die Keramik kann auch elektrisch leitend ausgebildet sein und eine elektrische Masseverbindung zur Piezokeramik herstellen.
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Vorzugsweise ist auf einer Außenseite des Bodens und einer Außenseite des Hohlkörpers eine schwingungsdämpfende Beschichtung ausgebildet. Diese Beschichtung ist insbesondere auch auf den freiliegenden Klebestellen ausgebildet. Der Klebstoff ist dabei vorzugsweise derart realisiert, dass er ein Aufbringen einer derartigen Beschichtung erlaubt.
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Durch eine derartige Ausgestaltung und Kombination dieser Merkmale kann erreicht werden, dass Bauteile eines Entkopplungsrings, wie es im Stand der Technik erforderlich ist, vollständig entfallen können. Insbesondere dann, wenn die Beschichtung ein Softlack ist und vorzugsweise eine Schichtdicke größer 0,5 mm, insbesondere größer 0,8 mm und vorzugsweise etwa 1 mm, aufweist, ist in Kombination dieser Merkmale eine besonders hervorzuhebende Ausgestaltung realisiert. Vorzugsweise ist diese Beschichtung gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Außenseite der Membran ausgebildet.
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Durch diese Ausgestaltung kann darüber hinaus auch erreicht werden, dass die einzelnen Schnittstellen zwischen den separaten Bauteilen, die die Membran letztendlich bilden, und deren Übergänge bedeckt sind und nicht sichtbar sind. Auch die unterschiedlichen Temperaturdehnungen der Schnittstellen werden durch die vorteilhafte Funktionseigenschaft der Beschichtung elastisch und dicht überdeckend mitgetragen.
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Vorzugsweise weist somit diese Beschichtung in einem Temperaturbereich zwischen minus 30°C und plus 60°C eine Elastizität auf, welche diese unterschiedlichen Ausdehnungen der unterschiedlichen Materialien der Membran reversibel mit durchführen kann und dennoch kein Reißen dieser Beschichtung auftritt und darüber hinaus die vollständige Bedeckung der Außenseiten der Komponenten der Membran durch diese Schicht auch bei diesen Ausdehnungen gewährleistet werden kann.
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Durch diese spezifisch ausgebildete Beschichtung kann somit die Funktionalität des im Stand der Technik erforderlichen Entkopplungsrings mit übernommen werden. Höhentoleranzen und Farbunterschiede, wie sie im Stand der Technik zwingend auftreten, sind dadurch vermieden. Darüber hinaus sind auch unerwünschte Spalte, in denen sich Wasser ansammeln und im Winter gefrieren kann, nicht mehr vorhanden.
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Darüber hinaus ist eine derartige Montage eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon vereinfacht.
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Es kann vorgesehen sein, dass diese schwingungsdämpfende Beschichtung darüber hinaus durch eine Farbschicht zumindest teilweise bedeckt ist, die beispielsweise in der Fahrzeugfarbe oder der Farbe des Stoßfängers, an dem der Ultraschallwandler vorzugsweise angeordnet ist, ist.
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Der Ultraschallwandler ist, wie bereits erwähnt, insbesondere ohne zusätzlichen Schwingungsentkopplungsring ausgebildet.
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Bei der Herstellung des Ultraschallwandlers kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Außenseiten der einzelnen Bauteile der Membran gegebenenfalls vorbehandelt werden, um das Aufbringen und Halten der Beschichtung, insbesondere des dick aufgetragenen Softlacks, dauerhaft zu gewährleisten. Es kann diesbezüglich eine Aufbringung durch einfaches Lackieren oder elektrostatisches Pulverbesprühen erfolgen. Vorzugsweise ist die Vorbehandlung der unterschiedlichen Materialoberflächen der Bauteile der Membran so durchgeführt, dass in einem einzigen Verfahrensschritt die Benetzung der verschiedenen Oberflächen, beispielsweise Aluminium, Keramik und Klebstoff, mit der schwingungsdämpfenden Beschichtung bzw. dessen Material durchgeführt werden kann. Dadurch kann die Herstellung schneller und aufwandsarmer erfolgen und die Aufbringung der Beschichtung über den gesamten zu bedeckenden Bereich sehr präzise und kontinuierlich sowie stufenfrei erfolgen.
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Gerade durch die Ausgestaltung der Membran aus Bauteilen mit unterschiedlichen Materialien kann die Schwingfähigkeit des Bodens im Vergleich zum Stand der Technik unverändert gewährleistet werden, die unerwünschte Mantelschwingung des Hohlkörpers im Vergleich zum Stand der Technik jedoch deutlich reduziert werden. Äußerst positiv dazu beitragend ist die schwingungsdämpfende Beschichtung mit der relativ dicken Schichtdicke.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung und einer vorteilhaften Ausgestaltung davon.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsichtdarstellung auf eine Anordnung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist;
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2 eine Schnittdarstellung der bekannten Anordnung gemäß 1;
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3 eine Draufsichtdarstellung auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung;
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4 eine Schnittdarstellung der Ausgestaltung gemäß 3;
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5 eine Schnittdarstellung für Teilkomponenten eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallsensors;
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6 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels von Teilkomponenten eines Ultraschallsensors der Anordnung; und
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ultraschallsensors für eine Anordnung in einer schematischen Schnittdarstellung.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 3 ist ein Ausschnitt auf eine Oberseite eines Stoßfängers 20 eines Kraftfahrzeugs eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. In diesen Stoßfänger 20 ist zumindest ein Ultraschallsensor in eine Aussparung eingepresst. Der Stoßfänger 20 und die Frontseite des Ultraschallsensors 1 ist mit einer zusammenhängenden Farbschicht lackiert, so dass gemäß der Darstellung in 3 bei einer Betrachtung der außenseitigen Oberfläche des Stoßfängers 20 der Ultraschallsensor 1 nicht mehr zu erkennen ist.
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In 4 ist eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV-IV in 3 gezeigt. Der Ultraschallsensor 1' weist ein topfförmiges Gehäuse mit einem Hohlkörper 3 und einer frontseitigen Membran 4' auf. Dieser Ultraschallsensor 1' ist mit den gezeigten Komponenten in eine Aussparung 21 in dem Stoßfänger 20 durch eine Pressverbindung eingebracht. Dazu ist die Außenseite des Hohlkörpers 3 direkt mit einer Wand 24, die die Aussparung 21 begrenzt, verpresst. Der Ultraschallsensor 1' ist aufgrund seiner baulichen Ausgestaltung ohne einen Schwingungsentkopplungsring ausgebildet. Dadurch kann der Hohlkörper 3 direkt mit dieser Wand 24 in Verbindung gebracht werden und die Ausgestaltung des Ultraschallsensors 1' ist im Hinblick darauf an dieser Stelle schwingungsfrei konzipiert. Durch die angedeuteten Stellen 23 sind die Pressverbindungen angedeutet. Auf einer Außenseite 25 des Stoßfängers 20 und auf einer Außenseite der Membran 4' ist eine Farbschicht 14 in Form einer Farblackierung aufgebracht, wobei diese sowohl die Membran 4' als auch die Außenseite 25 insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen dem Ultraschallsensor 1' zum Stoßfänger 20 vollständig bedeckend ausgebildet ist. Dadurch entsteht das in 3 gezeigte Gesamtbild.
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In 5 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ultraschallwandler 1' in Teilkomponenten gezeigt. In diesem Zusammenhang ist lediglich der Bereich mit einer Membran 2 näher gezeigt. Die Membran 2 mit ihrem Gehäuse ist topfförmig ausgebildet und weist einen zylinderförmigen Hohlkörper 3 auf, welcher im Ausführungsbeispiel aus einem Keramikmaterial ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die topfförmige Membran 2 ein dazu separates Bauteil in Form eines Bodens 4', welcher eine ebene Platte darstellt, die im Ausführungsbeispiel aus Aluminium ausgebildet ist. Die topfförmige Membran 2 ist somit nicht einstückig ausgebildet, sondern aus mehreren separaten Teilen zusammengesetzt, die miteinander verbunden sind, und unterschiedliche Materialien aufweisen. Die Verbindung zwischen dem Hohlkörper 3 und dem Boden 4' ist durch Klebestellen 9 realisiert, die in dreidimensionaler Darstellung eine ringförmig umlaufende Klebestelle 9 darstellt. Die Klebestelle 9 ist darüber hinaus derart ausgebildet, dass sie an der Außenseite 10 freiliegend ist.
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Auf einer Außenseite 11 des Bodens 4', auf der Außenseite 10 der Klebestelle 9 und auf einer Außenseite 12 des Hohlkörpers 3 ist eine schwingungsdämpfende Beschichtung 13 aufgebracht, welche im Ausführungsbeispiel ein schwarzer Softlack ist. Der Softlack 13 ist im Ausführungsbeispiel über die gesamte Außenfläche der Membran 2 vollflächig bedeckend aufgebracht und diesbezüglich mit einer Schichtdicke d von etwa 1 mm erzeugt. Der Softlack 13 ist darüber hinaus mit einer derartigen Elastizität versehen, dass er auch bei großen Temperaturunterschieden und insbesondere bei relativ kalten Temperaturen im Minusgradbereich die temperaturabhängigen Ausmaßänderungen der einzelnen Bauteile, nämlich des Hohlkörpers 3, des Bodens 4' und der Klebestellen 9 problemlos reversibel mit durchführen kann und somit eine entsprechende Dehnbarkeit aufweist, ohne das Risse oder freiliegende Stellen der Außenseiten 10, 11 und 12 auftreten würden.
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Darüber hinaus ist in der Darstellung gemäß 5 durch die gestrichelte Linie die Optionalität angedeutet, dass zusätzlich auch eine Farbschicht 14 auf der schwingungsdämpfenden Beschichtung bzw. im Softlack 13 zumindest bereichsweise aufgebracht werden kann.
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Der Ultraschallwandler 1' ist ohne einen Schwingungsentkopplungsring ausgebildet. Er ist insbesondere in einem nicht dargestellten Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs angeordnet und kann einer Fahrerassistenzeinrichtung, wie beispielsweise einem Parkassistenzsystem, zugeordnet sein, um Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren und für das Assistenzsystem bereitzustellen.
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In 6 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiels des Ultraschallwandlers 1' für eine Anordnung mit einem Stoßfänger 20 gezeigt. Im Unterschied zur Darstellung gemäß 5, bei der der plattenartige Boden 4' über die Klebestellen 9 auf einer frontseitigen Stirnfläche 15 des hohlzylinderförmigen Hohlkörpers 3 angeklebt ist, ist hier der Hohlkörper 3 an einem entlang der Längsachse A betrachteten Ende 16 geschlossen ausgebildet. In der Querschnittdarstellung gemäß 6 ist dadurch quasi ein u-förmiger Hohlkörper 3 gebildet, an dessen Innenseite 17 das Piezoelement 5 angeordnet ist. An einer Außenseite 18 dieses geschlossenen Bereichs des einstückigen Hohlkörpers 3 ist wiederum über eine Klebestelle dann der Boden 4' angeklebt. Die Membran 2 mit dem eigentlichen Gehäuse in Form des Hohlkörpers 3 und dem plattenartigen Teil in Form des Bodens 4' weist darüber hinaus ebenfalls eine als Softlack 13 ausgebildete außenseitige Beschichtung auf. Auch hier dann kann optional die Farbschicht 14 (2) vorgesehen sein.
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In 7 ist in einer weiteren schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel gezeigt, welches ausgehend von der Ausgestaltung in 5 zusätzlich einen integrierten Kunststoffstecker 19 in dem Hohlkörper 3 aufweist. Dieser ist seitlich angeordnet und zur Aufnahme eines komplementären Steckteils vorgesehen. Ein derartiger Stecker 19 kann auch bei der Ausführung gemäß 6 vorgesehen sein.
